專利名稱：板狀凝合劑產(chǎn)品和其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于凝合劑(ciment)(通常是Portland凝合劑)或其它纖維的用金屬加固的(armé)或強化的水硬粘結(jié)劑的產(chǎn)品的制備領(lǐng)域。更具體涉及制備片狀或板狀的、可用作建筑元件，尤其是擋風(fēng)板(clin)、包覆元件(élément de bardage)或者分隔元件，的產(chǎn)品的制備。
這些產(chǎn)品通常采用在混合物中采用纖維的濕造紙技術(shù)制備。該技術(shù)的要點在于通過凝合劑、纖維和水的必要混合而得到的流體含水懸浮液進(jìn)行滲透，形成和紙張類似的片；然后通過抽吸和/或壓力排光所述片或者需要時的疊加片的水。纖維，通常是纖維素纖維，變得附著到過濾器上，形成輔助篩子或濾網(wǎng)，其網(wǎng)格單元的尺寸適于保留凝合劑或其它粘結(jié)劑或添加劑的顆粒，甚至細(xì)顆粒，以及相當(dāng)量的水，后者有助于在所述篩子上形成的厚層的內(nèi)聚。
在一種特殊技術(shù)中，過濾器由安裝在含有懸浮液的罐中的覆蓋有濾布的桶構(gòu)成；由于所述桶在罐中旋轉(zhuǎn)，所以靜水壓力迫使一些水穿過濾布，但固體，也即尤其是纖維素纖維、凝合劑顆粒和其它添加劑顆粒，在所述桶的篩子上累積成薄層，其厚度隨著桶的旋轉(zhuǎn)而增加。這種技術(shù)稱作Hatschek技術(shù)。
這種技術(shù)用于制備各種類型的產(chǎn)品，比如屋面板、擋風(fēng)板、包覆元件等，這些各種類型的產(chǎn)品每種都必須滿足具體的要求。因此，屋面產(chǎn)品首要必須具有好的機械強度性質(zhì)，但是所述打算用釘子釘住的擋風(fēng)板、包覆元件或分隔元件通常具有稍微低些的機械強度性質(zhì)，卻同時具有比較嚴(yán)格的尺寸穩(wěn)定性性質(zhì)(收縮率值)(尤其是為了避免在釘子處出現(xiàn)開裂)。
對來自Hatschek工藝的產(chǎn)品采用高溫(高于150℃)高壓(數(shù)巴量級的飽和壓力)下的高壓釜處理步驟，通常能夠?qū)@種收縮性質(zhì)進(jìn)行限制(縱向幾乎不隨水分含量的變化而變化)。雖然好的、在尺寸穩(wěn)定性性能水平上要求較不嚴(yán)格的屋面產(chǎn)品，可以無需采用這種高壓釜處理操作而獲得，但是迄今為止，還不可能通過不執(zhí)行高壓釜處理步驟或者不采用復(fù)雜的、對維護(hù)有苛刻要求的或者昂貴的制劑的Hatschek技術(shù)來獲得可以用作擋風(fēng)板或者包覆元件或者分隔元件的好產(chǎn)品。
所以，本發(fā)明的目標(biāo)是開發(fā)可以通過Hatschek工藝在較低成本并無需高壓釜處理下得到的新型產(chǎn)品，所述產(chǎn)品具有令人滿意的機械性質(zhì)和/或尺寸穩(wěn)定性性能水平，尤其是適用作擋風(fēng)板、包覆元件或分隔元件的那些。
此目標(biāo)通過本發(fā)明的產(chǎn)品得以實現(xiàn)，所述產(chǎn)品具體而言是板狀、能夠通過Hatschek工藝并且無需高壓釜處理而獲得、能用作擋風(fēng)板、包覆元件或分隔元件，所述產(chǎn)品包括至少一種水硬粘結(jié)劑比如凝合劑、至少一種填料比如碳酸鈣、和至少合成纖維比如聚乙烯醇或聚烯烴纖維。
術(shù)語“合成纖維”和天然纖維比如纖維素纖維相反，是指通過合成(涉及人為控制的化學(xué)反應(yīng))獲得的纖維，尤其是有機纖維，具體而言是來自石油衍生物的纖維，這些纖維通?？梢匀廴诓⒂芍辽僖环N聚合物形成，該聚合物特別是熱塑性聚合物，比如聚乙烯醇或聚烯烴。優(yōu)選，這些纖維是聚乙烯醇(PVA)纖維，或者有利的是聚丙烯(PP)纖維或者可能的聚乙烯(PE)纖維。
根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品能夠通過Hatschek工藝，也就是說，從片狀材料獲得，所述片狀材料具體而言通過含水懸浮液(在本發(fā)明中，所述懸浮液包括上面限定的組分，也即至少一種水硬粘結(jié)劑、一種填料和上述定義的合成纖維)在篩子或過濾器上的過濾獲得，這樣得到的所述片狀材料的厚度在適當(dāng)時疊加起來直到獲得所需的最終厚度，從而得到板。所述板可以進(jìn)一步通過抽干和/或壓制(具體而言是為了調(diào)整密度和/或印刷裝飾性圖案)，例如，通過定徑輥(在其上通常疊加了由氈墊圈(feutre)帶來的材料片并卷繞到該輥上)或者靜態(tài)機械壓床，排光水，和/或通常在低溫(例如，約60℃)烘箱中和/或在開放空氣中經(jīng)受固化步驟。本發(fā)明的產(chǎn)品有利地具有所需性質(zhì)同時不需要使用高壓釜處理步驟。
通過這種方式得到的本發(fā)明產(chǎn)品，通常處于通過過濾上述含水懸浮液形成的一個或多個片形成的板型，所以由纖維的用金屬加固的凝合劑質(zhì)基質(zhì)形成，所述基質(zhì)包括在本發(fā)明定義中提到的組分，所述基質(zhì)或所述產(chǎn)品任選能夠具有其它元件，尤其是附著在根據(jù)上述工藝得到的板上的那些，比如裝飾(涂料涂層、印刷物等)、附件等。
根據(jù)本發(fā)明的定義，本發(fā)明產(chǎn)品包括至少一種水硬粘結(jié)劑，比如凝合劑；通常是Portland凝合劑(ciment Portland)。在懸浮液中用來獲得上述產(chǎn)品的所述粘結(jié)劑或凝合劑的用量，相對于干物質(zhì)的總重量，優(yōu)選是18-75wt％，有利的是18-65wt％(下面，懸浮液中的重量含量或值通常用干物質(zhì)相對干物質(zhì)總重量的重量比給出)。
本發(fā)明的產(chǎn)品還包括至少一種填料，有利的是惰性或弱反應(yīng)性無機填料，比如碳酸鈣。優(yōu)選，這種填料在懸浮液中的存在量是18-75重量％。
本發(fā)明的產(chǎn)品還包括合成纖維，比如上述的那些。有利地，這些纖維在懸浮液中的量是0.5-10重量％，而且可以處于相對分散或結(jié)合的形式。優(yōu)選，這些纖維選擇直徑為5-16μm(通常10-15μm)的短纖維(長度小于數(shù)厘米)，具體選擇長度為3-15mm(例如，對于PVA纖維而言是3-8mm或者甚至4-7mm，對于PP纖維而言是5-15mm或者甚至6-12mm)。還優(yōu)選地，這些纖維選擇拉伸強度(或者抗拉強度)至少為400MPa(具體而言，對于PP纖維為至少500MPa，對于PVA纖維而言至少為800MPa或者甚至900MPa)、楊氏模量至少為4GPa(具體而言，對于PP纖維至少為6GPa，對于PVA纖維而言至少為20GPa)和伸長率為6-40％(具體而言，對于PVA纖維為6-12％或者甚至7-11％，對于PP纖維為15-25％或者甚至17-20％)，這些值通過DIN 53816標(biāo)準(zhǔn)測量。
一般而言，本發(fā)明的產(chǎn)品還包括和上述纖維組合的至少植物纖維，尤其是纖維素纖維，具體而言是漂白的或者未加工的(未漂白的)纖維，優(yōu)選精煉(raffinées)到約40-70，或者甚至55-65的SR度(或Schopper)，尤其是來自松樹的纖維，但也來自劍麻或者其它植物，在懸浮液中的纖維總含量(包括合成纖維和任選的纖維素纖維)優(yōu)選不超過10wt％。
凝合劑部分也可以用至少一種能夠和該凝合劑反應(yīng)，尤其涉及硅酸鈣的形成的反應(yīng)性材料替換，具體而言用至少一種白榴火山灰(pouzzolane)或者白榴火山灰反應(yīng)性的材料替換。該白榴火山灰(或者白榴火山灰反應(yīng)性的材料)優(yōu)選選自鋁硅酸鹽、鋁硅酸鈣和無定形二氧化硅，而且尤其優(yōu)選為硅酸鋁脫羥基(déshydroxylée)形式的偏高嶺土(métakaolin)，或者來自熱發(fā)電站的飛灰，所述飛灰是鋁硅酸鹽類型或者鋁硅酸鈣類型的材料(根據(jù)ASTM C618標(biāo)準(zhǔn)是類型F或C)，或者另一包括米糠灰的反應(yīng)性材料，所述材料基于二氧化硅的無定形形式或者來自生鐵制造的高爐爐渣，所述爐渣是鋁硅酸鈣類型的材料，或者天然白榴火山灰，比如火山石或灰、凝灰?guī)r、粗面凝灰?guī)r、化石硅石或者硅藻土。
優(yōu)選的，該以粉末形式使用的白榴火山灰具有平均直徑(D50)大于1μm且小于或等于50μm、有利的為約10-30μm的顆粒尺寸。該粉末通常還有約10-50m2/g的比表面積(用BET方法測量)。
有利地，凝合劑(或粘結(jié)劑)和任何白榴火山灰(或者白榴火山灰反應(yīng)性的材料)在懸浮液中的總含量不超過75wt％，優(yōu)選不超過65wt％，尤其優(yōu)選不超過60wt％，所述凝合劑和所述白榴火山灰的重量比優(yōu)選大于或等于2。將凝合劑和白榴火山灰(在本發(fā)明定義的組分中)組合的實施方案，有益于獲得機械性能得到改善同時仍能夠具有相對令人滿意的尺寸穩(wěn)定性能水平的最終產(chǎn)品。同樣，當(dāng)有限凝合劑含量(18-55％，優(yōu)選20-50％)和較高碳酸鈣(或填料)含量(30-70％，優(yōu)選35-65％)組合時，無論白榴火山灰存在與否，都獲得了在尺寸穩(wěn)定性方面的好結(jié)果以及在機械性能方面的極其令人滿意的結(jié)果，如下面所述。
本發(fā)明的產(chǎn)品還可以包括添加劑，比如高嶺土和/或絮凝劑和/或含水懸浮液的其它助劑，等。
在一個特別優(yōu)選的實施方案中，懸浮液包括——20-50wt％，有利的25-45wt％的水硬粘結(jié)劑(或凝合劑)；——35-65wt％，有利的38-62wt％的惰性或弱反應(yīng)性無機填料(或碳酸鈣)；——2-10wt％，有利的3-8wt％的纖維，其中至少一部分是合成纖維；——0-30wt％，有利的0-25wt％的白榴火山灰(或者白榴火山灰反應(yīng)性的材料)；——0-10wt％，尤其是0-5wt％的添加劑；所述粘結(jié)劑(或凝合劑)和白榴火山灰的含量優(yōu)選小于60％，而且凝合劑/白榴火山灰比大于或等于2。
優(yōu)選，合成纖維在懸浮液中的含量至少為1wt％或者相對于纖維(所述任選的其它纖維有利地是纖維素纖維)總重量至少為25wt％，特別優(yōu)選地，合成纖維在懸浮液中的含量為1-5wt％，或者甚至1.5-4wt％。
本發(fā)明的產(chǎn)品有利地是擋風(fēng)板、包覆元件或分隔元件(或者打算這樣使用)的形式。
本發(fā)明的目標(biāo)也是本發(fā)明產(chǎn)品的制備方法，特征在于片狀材料通過上述含水懸浮液在篩子或過濾器上過濾而制備，所述片狀材料的厚度在適當(dāng)時疊加直到獲得所需的最終厚度以形成板，而且任選的所述板經(jīng)受抽干和/或機械壓制(在定徑輥和/或壓床中)步驟和/或固化步驟，通常在烘箱中于數(shù)十度(例如60℃)進(jìn)行數(shù)小時(例如8小時)和/或在開放空氣中進(jìn)行。
任選地，所述板可以經(jīng)受其它處理，例如可以成型和/或印刷和/或裝置，例如注模，尤其是當(dāng)其仍處于有延展性形式時(例如，在壓制操作過程中)，具體而言是為了獲得波紋狀或非平面的板、具有木材外觀的板，等。
下面的實施例舉例說明了本發(fā)明產(chǎn)品的兩種制劑以及所述產(chǎn)品的機械和尺寸穩(wěn)定性性質(zhì)。
實施例1在該實施例中，基質(zhì)由下列以干物質(zhì)重量表示的組合物制備——34.7％的標(biāo)準(zhǔn)(CEM I 52.5)Portland凝合劑；——60％的碳酸鈣；——2.3％的PVA纖維，得自Lanzhou；和——3％的漂白的松樹纖維素纖維，精煉到60°的Shopper。
實施例2在該實施例中，基質(zhì)由下列以干物質(zhì)重量表示的組合物制備——39.7％的標(biāo)準(zhǔn)(CEM I 52.5)Portland凝合劑；——40％的碳酸鈣；——2.3％的PVA纖維，得自Kuraray；——3％的漂白的松樹纖維素纖維，精煉到60°的Shopper；和——15％的飛灰，得自Pozo Fly Comercio de Cinzas Lima Ltda。
試樣制備由Hatschek工藝制備纖維凝合板。
具體而言，制備上述組合物的稀釋含水懸浮液(稀釋度為例如每升水約50-200g干物質(zhì)，這是Hatschek技術(shù)中常見的)，相對于上述組分的干物質(zhì)重量，加入了0.04％的陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑。
所制備的板長度為約2.5-3.6m，寬度為1.2-1.5m，厚度為約8mm。它們是由多個(通常為7-9個單層)以新鮮狀態(tài)疊加的單層形成，所述單層是采用上述稀釋的纖維凝合劑懸浮液在上述Hatschek生產(chǎn)線上制備的，這些單層疊加起來以形成板，所述板用定徑輥壓制從而去除一定量的水并提高單層互相之間的粘合。
固化(m rissement)壓制的板在60℃、100％相對濕度的烘箱中固化8小時。然后，存儲板28天以完成固化。固化結(jié)束時，將板切割并如下進(jìn)行表征。
表征基于ISO 8336標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的程序，對板進(jìn)行表征。
——確定抗彎強度(三點)或MOR(斷裂模量)一方面，確定在20℃的水中浸泡了24小時的測試塊的抗彎強度(飽和的MOR)，另一方面，確定在2O℃和60％相對濕度的試驗室氣氛中干燥的測試塊的抗彎強度(干燥的MOR)。最終的抗彎強度值是10個測試決的平均值。當(dāng)飽和MOR大于7MPa而干燥MOR大于10MPa時，認(rèn)為該抗彎強度足以用作擋風(fēng)板、包覆元件或分隔元件。
——收縮率或水分移動測量在水中浸泡48小時后和在105℃在環(huán)境室中干燥后的測試塊的長度。當(dāng)在105℃干燥的測試塊的質(zhì)量變化恒定在約0.1％時，測試它的長度。該最終收縮值是3個試樣的平均值。當(dāng)收縮率值小于或等于0.2％時，認(rèn)為對于用作擋風(fēng)板、包覆元件或分隔元件是特別令人滿意的。
下表1給出了評價結(jié)果。
表1
由配方1和2制備的板的收縮率值使其可以極其令人滿意地用作擋風(fēng)板、包覆元件或分隔元件，而且其良好的機械性質(zhì)也使其可以令人滿意地用作擋風(fēng)板、包覆元件或分隔元件。
根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品可用作擋風(fēng)板、包覆元件或分隔元件等，其可以是平的或波紋狀的等等。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)品，具體而言是板，能夠通過Hatschek工藝同時無需高壓釜處理制成，而且能夠用作擋風(fēng)板、包覆元件或分隔元件，所述產(chǎn)品包括至少一種水硬粘結(jié)劑比如凝合劑、至少一種填料比如碳酸鈣和至少合成纖維。
2.權(quán)利要求1的產(chǎn)品，特征在于它還包括至少一種白榴火山灰或白榴火山灰反應(yīng)性的材料，優(yōu)選選自鋁硅酸鹽、鋁硅酸鈣和無定形二氧化硅。
3.權(quán)利要求1或2的產(chǎn)品，特征在于它還包括植物纖維，比如纖維素纖維。
4.上述權(quán)利要求之一的產(chǎn)品，特征在于它由懸浮液制成，所述懸浮液包括以干物質(zhì)重量表示的下列物質(zhì)●20-50wt％的凝合劑；●35-65wt％的碳酸鈣；●2-10wt％的纖維，其中至少一部分是合成纖維；●0-30wt％的白榴火山灰；●0-10wt％的添加劑。
5.權(quán)利要求4的產(chǎn)品，特征在于所述合成纖維的含量相對于干物質(zhì)總重量為至少1wt％，或者相對于纖維的總重量為至少25wt％。
6.上述權(quán)利要求任一的產(chǎn)品，特征在于它呈擋風(fēng)板或包覆元件或分隔元件的形式。
7.制備上述權(quán)利要求任一的產(chǎn)品的方法，通過過濾含有至少一種水硬粘結(jié)劑、填料和纖維的含水懸浮液，并任選地通過疊加片狀材料的厚度直到獲得最終所需厚度，以形成板。
8.權(quán)利要求7的方法，特征在于所述板被干燥和/或壓制和/或經(jīng)受固化步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)品，具體而言是板，能夠通過Hatschek工藝同時無需高壓釜處理制成，而且能夠用作擋風(fēng)板、包覆元件或分隔元件，所述產(chǎn)品由包括至少一種水硬粘結(jié)劑比如凝合劑、至少一種填料比如碳酸鈣和至少合成纖維的纖維強化凝合劑質(zhì)基質(zhì)形成。本發(fā)明還涉及制備所述產(chǎn)品的工藝。
文檔編號C04B16/06GK1863750SQ200480028822
公開日2006年11月15日 申請日期2004年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月2日
發(fā)明者C·法米, G·卡多勒, P·黃, V·阿帕雷西多扎姆皮里 申請人:圣戈班建筑材料股份有限公司